JPS628130A - 液晶電気光学装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は液晶電気光学装置の駆動方法に関し、特に、強
誘電性液晶を使用した液晶電気光学装置のう駆動方法に
関する。

〔発明の概要〕

本発明は液晶電気光学装置の駆動方法において走査電圧
として非選択時に高周波交流電圧パルスを印加すること
とし、その振幅は、Ｕｐ状態とＤＯＷＮ状態の安定性の
差および、ＵＰ状態からＤＯＷＮ状態ヘスイッチする場
合とＬＩＯＷＮ状聾から１７Ｆ状態ヘスイツチする場合
のしきい特性の差に応じてＯｖを中心に非対称として、
さらにその高周波交流電圧パルスの周波数と振幅は、非
選択時に印加される低周波信号域圧パルスとの合成波形
が常に交流となり、個々の電圧パルスに対し【強誘電性
液晶の永久双極子が応答可能であるような値としたこと
により、ＵＰ状態又はＬＩＯＷＮ状態の安定性すなわち
双安定性が低い場合でも非選択時に印加される高周波交
流電圧パルスによってその双安定性の低さを補助して、
従来では困難だつ之２μ鶏以上の液晶層厚においても十
分なコントラストが得られるマルチプレックス駆動を可
能にし念ものである。

〔従来の技術〕

従来の強誘電性液晶を用いた液晶電気光学装置４の駆動
方法として、Ｆｏｕｒｔｈ　Ｄｉｓｐｌａｙ　Ｒｅ５ｅ
ａｒｃｈＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　、　Ｐｒｏｃｅｅｄｉ
ｎｇ　Ｐ、２１７　、　　特願昭５８−１７９８９０．
特願昭５９−（５９，６，１矢崎出願）、特願昭５９−
（５９，４，２７佐藤出願）等がある。

〔発明が解決しようとする問題点及び目的〕第１図に示
したように強誘電性液晶の分子１１は図中の円錐１２の
上にある。無電界時、液晶層厚ｄが十分薄ければ液晶分
子はアンカリング効果によって基板１４と平行に配向す
る。この時、永久双極子１５は基板１４と直交し、第２
図（ａ）に示す、ようにその向きは＋ｙ方向（ＵＰ状態
）又は−ｙ方向（ｌＪＯＷＮ状態）となっておりいずれ
の配向もその安定性は高い。この双安定性は強誘電性液
晶の記憶効果として利用されている。しかし、ｄが十分
薄くなければこの双安定性は低下し、第２図（１））に
示したように液晶分子の配向分布が大きくなる。ただし
第２図におけるベクトル２１は液晶分子軸を示すベクト
ル１１の円錐底面への射影であ〕第２図（ｂ）の斜線を
施した部分はベクトル２　＋、、ｊの分布範囲を示して
いる。現在のところ双安１．定性を高めるためには液晶
材料によって異なるがｔ５μｍ程度までｄを薄くしなけ
ればならず、いかにして厚い液晶層厚で双安定性を高め
るか、という点が非常に重要な問題となっている。

Ｆｏｕｒｔｈ　ＬＩｉｓｐｌａｙ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　
Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　において示された１ＩＡＩＩｈ
方法は、第Ｓ図に示すように強誘電性液晶が持つ永久双
極子の配向に起因する誘電分散が起こった後の誘電異方
性ΔｔＨが負となる液晶材料を使用し、非選択時にバイ
アスとして高周波交流電圧を印加することによって、誘
電異方性の効果、を利用して双安定性の低さを補助する
ものである。すなわち、双安定性が低い場合、無電界時
における液晶分子の配向は基板面（Ｘ−１５平面）との
平行性が悪くなるが、ｙ方向に印加される高周波交流電
圧と誘電異方性との相互作用忙よって液晶分子は基板面
と平行に保持され、双安定性が高められる。しかし、誘
電異方性の効果を利用するためには永久双極子が追従で
きない分散周波数以上の高周波を印加しなければならず
、更に、液晶分子を基板面と平行に保持するためには高
い電圧が必要となる。従って画素の総面積の大きい液晶
電気光学装置をこの方法で駆動する場合、高周波交流電
圧印加による液晶層の発熱および大きい静電容最による
高周波電圧波形の歪などが問題となり、このような問題
を解決するためには印加電圧と周波数を低くしなければ
ならない。

高周波交流電圧印加の効果はフレデリクス遷移　　　　
□と同じ現象であシ、そのしきい電圧Ｖνは次式で表わ
される。

ｖｙ−ｖ’ＶΔｇｍ・ｗ　　　Ｋ　：弾性定数そこで、
ｖＦｔｌ−小さくするためにはに／ΔＣを小さくすれば
よいが、Ｋ、ΔｔＨいずれもその値を大きく変化させる
ことは困難である。あるいは、分散周波数を低くするた
めには液晶の応答速度を遅くすればよい。しかし、強誘
電性液晶の特徴のひとつはず−マ／（Ｐ−１１：）（τ
：応答速度、マ：粘性、Ｐ：自発分極、Ｅ：印加電場〕
という式に従って非常に高速で印加電場に応答する、と
いうことであるが、分散周波数すなわち交流電圧の周波
数を低くするためにはこの％−を犠牲にしなければなら
ない。たとえば、一般に知られているＩＪＯＢＡＭＢＯ
の場合、応答速度はｄ　＝＝　１μ墓、印加電圧１０Ｖ
で約（ＱＯ／Ｊｌｉｅｅ程度であり、数ＩＱＫＨｚ以上
まで周波数を高くしなければならない。分散周波数と応
答速度はほぼ互いに反比例すると考えられ、応答速度を
ｍ５ａｅのオーダーまでおそくすることはあまり好まし
いことではない。

また、この方法は誘″鑞異方性を利用するため、Δｅｉ
＋（Ｏとなる強誘電性液晶を使用しなければなちない。

ΔＣＩＩ＜０　と強誘電性液晶としてはたとえば分子軸
を横切る方向に７γノ基等を付は加えたＷ”ＯＢＡＭＢ
ＯＯか知られており、その構造は次のような形をしてい
る。

苓 （ｎ−ＯＢＡＭＢＯＣ） また７γノ基を持ｔないｎ−Ｏｎ−０ＥＡは次のような
構造を持っており、その誘電異方性は正である。

（ｎ＝ＯＢＡＭ１３０　） Ｃ＝とＣ＝Ｏの双極子は立体的に互いに打ち消す方向を
向いているため、ｎ−ＯＢｎ−０ＢＡの永久双極子はｎ
−Ｏｎ−０ＢＡのそれより小さくなる。従ってペースと
なる液晶材料の永久双極子を小さくしないようにしてΔ
ε■を負としなければならず、材料開発がひとつの問題
となる。

次に特願昭５８−１７９８９０に示され次駆動方法では
、双安定性の低さを補助してスタティック駆動すること
はできるかマルチプレックス駆動は不可能である。ま九
特願昭５９−（矢崎）、特願昭５９−（佐藤〕に示され
た駆動方法では十分す双安定性がなければマルチプレッ
クス駆動することは：Ｔ３き゛ず、ｄを十分薄くして双
安定性を高めなければならない。

そこで本発明はこのような問題点を解決するもので、そ
の目的とするところは、量産的な厚さにおいてより低電
圧、低周波の高周波交流電圧によって双安定性の低さを
補助し、大面積の液晶電気光学ｉｉｅ置へも応用可能な
マルチプレックス駆動方法を提供するところにある。

〔間＠を解決するための手段〕

本発明の液晶電気光学装置の駆動方法は、ａ）　　１対
の対向透明電極間に強誘電性液晶を挾持した液晶電気光
学装置、の駆動方法においてｂ）選択時に、走査電・原
と信号電極へそれぞれ印加される低周波選択電圧ノくル
スと低周波信号電圧パルスの合成電圧パルスによって液
晶１！気光学装置のＯＮ状態とＯＦＦ状態を選択し、Ｃ
）非選択時に、走査Ｉ！極へ高周波交流隠圧ノくルスを
印加し、 ｄ）ＯＮ状態とＯＦＦ’状態のうち少くとも一方の安定
性が悪い場合、それらの安定性の差、およびＯＮ状態か
らｏｙｙ状態状態へスイッチする場合と０１１ＦＦ状態
からＯＮＮ状態へスイッチする場合のしｅ）高周波交流
電圧パルスの周波数および振幅は、非選択時に印加され
る低周波信号電圧パルスと合成された電圧パルスに対し
て強誘電性液晶の永久双極子が応答可能であるような値
とし、ｆ）高周波交流電圧パルスと低周波信号電圧パル
スの合成波形は常に交流となるようにしたことを特徴と
する。

〔実施例〕

以下、実施例に基づき詳細に説明する。

第４図に高周波の交流バイアスの効果を示す。

＠４図（ａ）は印加電圧波°形であり、第４図（′ｂ）
はその電圧波形に対する強誘電性液晶の光学応答である
。

ここでは双安定性が低い液晶素子を使用した場合の応答
を示してあり、実線は非選択時に交流バイアスを印加し
た場合、破線は交流バイアスを印加しない場合の応答で
ある。交流バイアスを印加しない場合、電圧パルス＋ｖ
１によって明るさ工、が選択されるか、双安定性が悪い
九めに明すさは破線で示したように変化し、工、となる
。次の選択時に電圧パルス−ｖ、′ｔ−印那した場合も
同様な光学応答を示す。次に非選択時に交流バイアスを
印加し九場合、選択時の光学応答は交流バイアスを印加
していない場合と同じであり、選択時の終りに明るさは
工３又はＩ４　　となる。しかし、非選択時に印加する
交流バイアスの周波数と振幅Ｖ、　、　−Ｖ４を適当に
設定することにより、非選択時の明るさを実線で示した
ように工、又は工、の近傍で振動させることができる。

ＵＰ状態とＩＪＯＷＮ状態の安定性が互いに等しく、Ｕ
Ｐ状態からＩＪＯＷＮ状態ヘスイツチする場合とＩＪＯ
ＷＮ状態からＵＰ状状態ヘスノツチる場合のしきい特性
も等しければＶ、Ｘ　Ｖ４　とすればよい。また、たと
えばＩＪＯＷＮ状態よりＵＰ状懇の方がその安定性が低
い場合は、ＵＰ→ＬＩＯＷＮのしきい電圧の方がＩＪＯ
ＷＮ→σＰのしきい電圧よシも低いと考えられ、Ｖ、　
）　Ｖ、　とすることによって第４図（ｂ）の実線で示
したような光学応答を得ることができる。

交流バイアスの効果をさらに液晶分子の動きを用いて説
明する。第５図において座標系を第１図と同様にとり、
方位角φを図のように定義し、φ＝Ｏの時をＬＩＯＷＮ
状態とし、その明るさを烏、φ＝φ４の時の明るさを工
、とする。また、ここではＵＰ状態よりＩＪＯＷＮ状態
の方がその安定性が低く、第４図（ａ）　においてＶ、
　（Ｖ４とした電圧波形を印加した場合を考える。最初
に電圧パルス−Ｖ、によってＬＩＯＷＮ状態ヘスイッチ
してφ−０としてもＬＩＯＷＮ状態の安定性が低いため
液晶分子の配向方向はＸ軸方向からずれて、選択時が終
わった時にはφ−士φ４（明るさ工、）となる。その後
、ｆａ４図（ａ）に示したようにパルス、幅の短い波高
値＋Ｖ、の電圧パルスが１個印加され、φヤー±（φ。

＋Δφ＋）となる。次に波高値−■、の電圧パルスを１
個印加すれば、φ−−±（φ４＋ΔφヤーΔφ−）とな
るが、ここではＵＰ→ＬＩＯＷＮとＤｏｗｎ→ＵＰのし
きい特性が異なるためΔφ＋ＮΔφ−であり、振幅上Ｖ
、の交流バイアスを印加したのでは明るさ工、を保持す
ることはできない。しかし両者のしきい特性の差に応じ
てΔφヤーΔφ−となるように振幅（＋Ｖｓ　＊　　７
４）　ｔ−設定し、さらにΔφ＋（Δφ−〕の値をでき
る限り小さくすれば、交流バイアスを印加すｂことによ
って液晶分子の配向方向はφ４〜φ４＋Δφヤ又は−φ
４〜−φ４−Δφヤの間で振動し、約１．の明るさを保
持することができる。

第６図に液晶電気光学装置の断面図を示す。２枚のガラ
ス基板１１の対向する面にストライブ状の透明＠噌１２
ｆ設け、上下基板面に設けられた前記ストライプ状透明
電極を互いに直交させマトリクスを形成するように２枚
のガラス基板１１を重ね合わせる。１５は配向制御膜で
あり、ラビング処理を施しである。１４は偏光方向を互
いにほぼ直交させた偏光子であり、１５は液晶！−１６
の厚さを定めるためのスペーサーである。

第１の実施例として第７区に示し九駆動波形を使用した
。第７図（ａ）　、　（ｂ）はそれぞれ走査電圧波形Ｖ
ｔと信号電圧波形Ｖｄであり、第７図（Ｃ）はＶｔとＶ
ｄの合成波形、ＶＩ＋Ｏ第７図（ｄ）はｖｒ、ａに対す
る液晶の光学応答である。ＵＰ状態から１３ＯＷＮ状態
ヘスイツチする時のパルス幅ｔ１における飽和電圧を−
Ｖｓ’、ＤＯＷＮ状態からＤＩ’状態状態へスイッチす
る時のパルスｌｌｔ、におけるしきい電圧と飽和電圧を
それぞれ＋Ｖｔｈ、＋Ｖ８とする。以下の実施例につい
ても同様である。液晶材料としてはＲｐＯＢＡＭＢＣを
使用し、液晶層の厚さを五５μ９ｋ　、　ｔ、ｘ２００
／ｊｌｌｌｅ、デユーティ比１／２５６．−）−Ｖ、　
−＋７　Ｖ　＃−Ｖｔ＝−１６Ｖ、＋Ｖ、ｘ＋１ｓｖ、
−７，ｘ−２５７゜＋ｖ、＋ｓｖ、−ｖ、−−５Ｖ、　
　交流バイアスの周波数ｆｔ１ｍ６ＫＥｒ、　　とした
。交流バイアスを印加しなければ双安定性か非常に低く
、マルチプレックス駆動することができなかったが、交
流バイアスを印加することによって双安定性が高められ
、１：１．３のコントラスト比を得ることができた。

第２の実施例では、第１の実施例における駆動波形を使
用し、液晶層の厚さを４，０μｓ　、　ｔ、　＝１５０
μ（６）、デユーティ比１／２５６　、＋Ｖ、　＝＋５
　Ｖ　。

−７，＝−１５Ｖ　、＋ｖ、＝＋１４Ｖ　、−７，＝−
１６Ｖ　。

ｆ’ｂａ８ＫＲＺ　　とした。本実施例ではしきい特性
の急峻性が非常に悪いため、＋Ｖ、＃＋５Ｖ、−Ｖ６＝
−ＳＶとしてｖ１＋ｖ、−ａｖ　、　Ｖ、−Ｖ、＝−２
Ｖとなるようにした。その結果、１：１４のコントラス
ト比が得られた。

第３の実施例として、第８図に示した連動波形を使用し
た。液晶１−の厚さを１．５μｓ　、　ｔ１＝１５０μ
（８）、デユーティ比１／２５６−ｆ−１，濡＋６ｖ、
−Ｖ、ｆｆ１−１０Ｖ、＋Ｖ、−＋５Ｖ、−Ｖ、＝ｉ−
５Ｖ、　　また本実施例では’［ＴＦ状態とＩＪＯＷＮ
状態の安定性は互いにほぼ等しかったので、交流バイア
スの振幅を±２゜Ｖとし、ｆｔ＋＃１０ＫＨｚとし友。

本実施例では液晶層厚が薄いため、交流バイアスを印〃
口しなくても約１＝６のコントラストが得られたが、又
流バイアスを印加することによってコントラストを１：
１２１で高くすることができた。

第４の実施例として、第２の実施例における駆動波形を
使用し、液晶層厚１ｒ、２．０μ肩、ｔｌ−１００μ式
、デユーティ比１／１２８　、　＋ｖ、　−＋５　ｖ　
、−ｖ。

−一１５ｖ、＋ｖ、＝＋２ｖ、−ｖ６Ｍ−２ｖ、＋ｖ、
＝＋１５Ｖ、−Ｖ、＝−１７Ｖ、ｆｂ＝１２ＫＨｚとし
７ｈｏ本実施例においては１：１４のコントラスト比が
得られた。

第５の実施例どして、−・第２の実施例における駆動波
形を使用し、液晶層厚を１．５μ肩、　ｔ、　ｘ　１Ｑ
　Ｑμ式、デユーティ比１／２５６　、　＋Ｖ、　＝６
　Ｖ　、−Ｖ、　＝−１２Ｖ、＋Ｖａ＝＋１ｖ　、−ｖ
６＝−１ｖ　、＋ｖｓ−−）−２７Ｖ、−Ｖ４＝−５０
７，ｆｂ＝−５０ＫＨｚとした。本実施例では１：１６
のコントラスト比が得られた。第９．１０図にそれぞれ
第７図、第８図に示した駆動波形を発生させるための論
理回路図を示す。

ｈ　、　ｈ’はいずれも液晶のＯＮ　、ＯＦ’Ｆを選択
するための信号である。第９，１０図における１〜ｍの
各点の信号波形を第１１図と第１２゛図に示した。

第１５図は交流バイアス駆動波形を発生させるためのト
ランジスｉ・ドライバー回路図であり、Ｃ２ｔｌ＋ｆ＊
ｇ、にへｄＨ４ｑ、１ｏ図における各点の信号波形を入
力する。

上記の実施例では液晶材料としてＢｐＯＢＡＭＥＣを使
用し九か、その他のあらゆる強誘電性液晶を使用するこ
とかでき、交流のｆＩｉ幅と周波数は使用する液晶材料
の特性に応じて設定すればよい〇〔発明の効果〕 以上述べたように、ＵＰ状態とＬＩＯＷＮ状態の安定性
の差およびＵＰ−４１）ＯＷＮとＩＪＯＷＮ−＋ＵＰの
しきい特性の差に応じて、振幅ｄｌＯＶを中心に非対称
な交流バイアスを走査電圧として非選択時に印加したこ
とによって、安定性の低さが交流バイアスによって補助
される念め、従来の駆動方法ではマルチプレックス駆動
が不可能であった畝晶Ｉ−厚においてもマルチプレック
ス駆動が可能となる。まｆｃ焚流パイ了スの印加゛電圧
、周波数とも、誘電異方性を利用した方法に比べて低く
することかでき、誘電異方性力３負の新しい液晶材料を
開発する必要もない。従って、ＩＬ−膚が容易な液晶層
厚で大面積の液晶電気光学装置を安価に提供することが
できる。本発明の駆動方法は大面積の液晶電気光学装置
のみでなく、プリンターヘッド用液晶シャッター、直流
電圧印加による液晶の劣化を防止できるスタティック駆
動方法等へもし６用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は強誘電性液晶の座標系図、第２図（ａ）。 （ｂ）は無電界時の液晶分子の配向分布図、第５図は強
！ｌ！電性蔽晶の誘電分散図、第４図は交流バイアスの
効果図、ＷＪ５図は交流バイ了ス印加による液晶分子の
配向分布図、纂６図は液晶電気光学装置の断面図、第７
図は第１．第２の実施例で用いた交流バイアス駆動波形
と液晶の光学応答を示す波形図、第８図は第３．第４．
第５の実施例で用いた交流バイアス駆動波形と液晶の光
学応答を示す波形図、第９図は第７図に示した駆動波形
を発生させるための論理回路図、第１０図は第８図に示
し九駆動波形を発生させる几めの論理回路図、第１１図
は第９図の論理回路のタイミングチャート図、第１２図
は第１０図の論理回路のタイミングチャート図、第１５
図は交流バイアス駆動波形を発生させるためのトランジ
スタ・ドライバー回路図である。 １１・・・液晶分子 １２・・・円錐 １５・・・永久双極子 １４・・・基板 ２１・・・液晶分子の円錯底面への射影６１・・・ガラ
ス基板 ６２・・・透明電極 ６５・・・配向制御膜 ６４・・・偏光板 ６５・・・スペーサー ６６・・・液晶層 ９１・・・ＮＡＮＬＩゲＪト ９２・・・ＡＮＩＪＮＯＲ ゲート・・ＮＯＲゲート ９４・・・ＯＩ’ｌゲート ９５・・・インバータ ９６・・・高出力バッファ １０１・・・トランジスタ １０２・・・トランジスタ １０５・・・抵抗 １０４・・・ダイオード １０５・・・コンデンサ １０６・・・液晶電気光学装置 以　　上 （幻　　　　　　　　　　　　　　　　　（トノＱｔｌ
ｘ墳潅晶分吾＾自己伺肩１弗圀 １２図 孜ｔ＊電÷１ジ１−の幻「歇層ｆｉ！！１１３図 虫鯖ｌ−鉦偽於浄填 第５図 尤轟電黴り事装置＾輯１図 第６図 吹Ｊレノ慴了入　ｇ勧ジ罠ｆｉｔシ 第７図 女うＬ周アス　、駆動５に−Ｔｔｎ用 第１０図 ＾ ｔ　知几■几知用１ｒ−−−−−−−−−−−−−−−
−−−−−−５−−１■１ｆ’Ｌ−−−一−−■し−」
皿ｔｎ、−−−−−−ｔｎ旧−ｔｍ汎−−−一一部「−
−ｍ肌−−−−−−ＩＡＩＬｒｉ偏ｊ１．撫Ｌ１し一タ
イミシフｔチャートＵΔ第１１図 ｅ知用Ｕ朋ｍ−−−−−−一−−−−−−＝−＋　＋＋
二４目埋１ｊロ路−９イこシク゛ザマ一トム凸第１２図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ａ）１対の対向透明電極間に強誘電性液晶を挾持
   した液晶電気光学装置の駆動方法において、 ｂ）選択時に、走査電極と信号電極へそれぞれ印加され
   る低周波選択電圧パルスと低周波信号電圧パルスの合成
   電圧パルスによつて液晶電気光学装置のＯＮ状態とＯＦ
   Ｆ状態を選択し、 ｃ）非選択時に、走査電極へ高周波交流電圧パルスを印
   加することを特徴とする液晶電気光学装置の駆動方法。
2. （２）ＯＮ状態とＯＦＦ状態のうち少くとも一方の安定
   性が低い場合、ＯＮ状態とＯＦＦ状態の安定性の差、お
   よびＯＮ状態からＯＦＦ状態へスイッチする場合と、Ｏ
   ＦＦ状態からＯＮ状態へスイッチする場合のしきい特性
   の差に応じて、前記高周波交流電圧パルスの振幅をＯＶ
   を中心に非対称とすることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の液晶電気光学装置の駆動方法。
3. （３）前記高周波交流電圧パルスの周波数および振幅は
   、非選択時に印加される低周波信号電圧パルスと合成さ
   れた電圧パルスに対して前記強誘電性液晶の永久双極子
   が応答可能であるような値であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の液晶電気光学装置の駆動方法。
4. （４）前記高周波交流電圧パルスと前記低周波信号電圧
   パルスの合成波形は常に交流となることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の液晶電気光学装置の駆動方法
   。